Upload
dena
View
69
Download
0
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Elektronika Dasar. FET (Field Effect Transistor) Transistor Efek Medan. Ideal Voltage-Controlled Current Source. Representasi : Karakteristik Volt Ampere :. Junction Field Effect Transistor. Simbol : JFET Kanal p. Simbol : JFET Kanal n Karakteristik Volt Ampere JFET. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Elektronika Dasar
FET (Field Effect Transistor)Transistor Efek Medan
Ideal Voltage-Controlled Current Source
Representasi :
Karakteristik Volt Ampere :
2
i2
v1
gmv1 RL
v2vi
V22
v1 i2
I2
v2
V2
t
t t
LR
V22
V22(V)
QIQ
VQ
Junction Field Effect Transistor
Simbol : JFET Kanal n
Karakteristik Volt Ampere JFET
3
G
D
S
iD
iS
iG
+
-
+
-
VDS
VGS
Simbol : JFET Kanal p
G
D
S
iD
iS
iG
+
-
+
-
VDS
VGS
ID
VDS
VGS=0
VGS=0,2
VGS=-0,5
VGS=-1
VGS=-1,5
Daerahsaturasi
Daerah Non saturasi (ohmic)
Daerah Breakdown
4 Kondisi operasi dari JFET :1. Kondisi Non saturasi (Ohmic Region)2. Kondisi saturasi (pinch off region)3. Kondisi Breakdown4. Kondisi Cutoff
x
2b(x)
W
2a
S
G
IG
I S
I D
D
VDD
VGG
Kanal n
Gerbang p
Junction Field Effect Transistor
4
G
D
S
iD
iS
iG +
-
VDS VDD
VGG
Junction Field Effect Transistor
JFET pada kondisi Non saturasi (ohmic region) Berlaku :
Dimana : 2b = sisa lebar kanal setelah ada depletion regionW = lebar L = Panjang kanal
Pada kondisi ini JFET akan berperilaku seperti resistor yang nilainya bergantung pada VGS
ID bergantung pada W/L yang disebut sebagai faktor skala arus dari JFET
Rasio perbandingan disebut sebagai ON drain resistance ,
untuk VGS = 0 maka b=a dan berlaku :
5
x
2b(x)
W
2a
S
G
IG
I S
I D
D
VDD
VGG
Kanal n
Gerbang p
L
WbqNbWqNEAqNI nDnDxnDD 22
W
L
aqNr
nDONDS 2
1)(
)(ONDSD
DS rI
V
Junction Field Effect Transistor
JFET pada kondisi Saturasi (Pinch off region) Jika |VGS |< |VP| dan diberikan tegangan pada drain – source (VDS)
maka : VDS akan menimbulkan medan listrik Ex sepanjang x yang mengakibatkan
lebar kanal b(x) akan mengecil. Pada kondisi ini maka Densitas arus (J) pada JFET :
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa selama |VGS| < |VP| maka total pinch-off (b=0) tidak dapat terjadi karena akan mengakibatkan densitas arus yang tak terhingga.
Karakteristik volt ampere JFET pada daerah saturasi menunjukkan bahwa nilai ID relatif konstan sehingga dapat disimpulkan bahwa JFET tidak berperilaku sebagai resistor seperti pada daerah non saturasi.
Saturasi pada JFET mengandung pengertian bahwa terdapat pembatasan jumlah muatan yang yang dipindahkan sehingga ID nilainya relatif konstan.
Karena nilai arus ID relatif konstan maka JFET dapat digambarkan seperti sumber arus tak bebas yang dikendalikan oleh tegangan.dimana : VGS = v1 ; i2 = ID dan VDS = v2 (lihat gambar ideal voltage – controlled curren source)
6
)(2 xb
IJ D
Junction Field Effect Transistor
JFET pada kondisi breakdown Nilai tegangan maksimum yang dapat diberikan pada JFET adalah nilai
tegangan minimum yang akan mengakibatkan avalanche breakdown. Dari karakteristik volt ampere JFET dapat diketahui bahwa untuk nilai
reverse biased VGS yang semakin besar maka kondisi breakdown terjadi untuk nilai VDS yang lebih rendah.
JFET pada kondisi cutoff Pada kondisi ini maka JFET akan berperilaku seperti open switch Pada kondisi tegangan |VGS| > |VP|, maka ID ≈ 0 dan VDS dapat bernilai
besar. Karakteristik Volt Ampere JFET Kanal N
7
ID
VDS
VGS=0
VGS=0,2
VGS=-0,5
VGS=-1
VGS=-1,5
Daerahsaturasi
Daerah Non saturasi (ohmic)
Daerah Breakdown
IDSS
Karakteristik Volt Ampere JFET Kanal n
Junction Field Effect Transistor
Karakteristik fungsi transfer VGS dan ID JFET Kanal N:
Dimana : ID = Arus drain IDSS = arus drain pada JFET dalam kondisi saturasi dengan terminal
Gate dan Source di hubung singkat (short circuit)
8
2
1
P
GSDSSD V
VII
-VGS
ID
VP
IDSS
Karakteristik VGS ID Pada JFET Kanal n
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Bagan Depletion MOSFET Depletion MOSFET kanal N
Fungsi dari oksida logam (misal : silikon dioksida) adalah berfungsi sebagai isolator dan memungkinkan pengendalian karakteristik dari kanal melalui medan listrik yang timbul karena adanya beda potensial antara gate dengan semikonduktor.
9
D(+)GS
n n
body
Kanal n
substrat tipe p
- - - - - - - - - - - - - - - - - -
SilikonDioksida
(SiO2)
----
++++
++++
----
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Simbol :
10
D
G
S
Depletion Mosfet tipe N(Depletion NMOS)
B
substrat
D
G
S
Depletion Mosfet tipe P(Depletion PMOS)
B
substrat
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Depletion Mosfet kanal n (Depletion NMOS) Mode Pengosongan (Depletion)
Dari bagan dapat dilihat bahwa bila tegangan VGS semakin negatif maka jumlah muatan dalam kanal akan berkurang sebagai akibat terbentuknya lapisan pengosongan pada kanal
Nilai VGS negatif yang terbesar yang menyebabkan kanal dikosongkan secara total disebut tegangan threshold (VT). Kondisi ini serupa dengan kondisi “pinch-off” pada JFET
Untuk suatu nilai negatif VGS dan (|VGS| < |VT|), maka peningkatan tegangan VDS akan menyebabkan MOSFET berada dalam kondisi saturasi dan ID akan relatif konstan dan ID < IDSS (Arus ID pada saat Gate dan Source dihubung singkat)
11
D(+)GS
n n
body
Kanal n
D (+)G(-)S
n n
body
substrat tipe p
Kanal n
substrat tipe p
SilikonDioksida
(SiO2)- - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - -
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Depletion MOSFET kanal n (Depletion NMOS) Mode Peningkatan (Enhancement)
Pada model ini maka VGS akan diberikan tegangan positif sehingga jumlah muatan dalam kanal akan bertambah.
Untuk suatu nilai VGS positif, peningkatan tegangan VDS akan menyebabkan MOSFET berada dalam kondisi saturasi dan arus ID akan relatif konstan dan ID > IDSS (Arus ID pada kondisi Gate dan source dihubung singkat)
12
D(+)GS
n n
body
Kanal n
D (+)G(+)S
n n
body
substrat tipe p
Kanal n
substrat tipe p
SilikonDioksida
(SiO2)- - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Karakteristik Volt Ampere MOSFET kanal N (Depletion NMOS)
MOSFET : Jenis : Depletion MOSFET kanal n (Depletion NMOS) k = 20μA/V2 ; W/L = 1 ; VT = -2 V Asumsi : channel length modulasi diabaikan sehingga nilai ID
konstan pada kondisi saturasi
VDS (V)
VGS=-1,050
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6
-0,5
0
+0,5
+1,0
+1,5
VGS=+2,0
Enhancement
Depletion
ID (μA)2
DSD VL
WkI
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
13
22 DSDSTGSD VVVVL
WkI
• Kondisi Non Saturasi :
• Kondisi Saturasi :
DSTGSD IVVL
WkI
2
Dimana :k = process parameter L = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang
kanal L
Karakteristik Fungsi transfer VGS dan ID Depletion MOSFET kanal N
MOSFET: Depletion MOSFET kanal n (Depletion NMOS) k = 20μA/V2 ; W/L = 1 ; VT = -2 V
Dimana :k = process parameter L = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang
kanal L
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
14
VGS (V)
50
100
150
200
250
300
1 2-3 3
Enhancement
ID (μA)
-1-2
Depletion
VT
IDSS
• Kondisi VGS < VT :• ID ≈ 0
2)( TGSD VVL
WkI
• Kondisi VGS > VT ; VDS = VGS-VT ; VDS ≥ 0
•
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Enhancement MOSFET Bagan Enhancement MOSFET
Simbol :
15
DGS
L
body
Region tipe n
DGS
L
body
substrat tipe p
Region tipe p
substrat tipe n
SilikonDioksida
D
G
S
D
G
S
Enhancement Mosfet tipe P(Enhancement PMOS)
Enhancement Mosfet tipe N(Enhancement NMOS)
B
substrat
B
substrat
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Enhancement MOSFET kanal N (Enhancement PMOS)
Enhancement MOSFET Kanal n (Enhancement NMOS) Tegangan positif pada Gate akan menginduksikan muatan negatif pada
permukaan semikonduktor dan membentuk “lapisan inversi” yang kemudian membentuk kanal n, jika tegangan positif pada Gate lebih besar dari tegangan threshold VT.
Jika diberikan tegangan pada Drain (VDS > 0)maka arus ID akan mengalir melalui kanal.
Jika besar VDS bertambah maka beda potensial antara gate dan drain akan berkurang sehingga akan mengurangi konduktivitas dekat daerah drain, pada kondisi ini maka Enhancement MOSFET akan masuk pada daerah saturasi.
Pada daerah saturasi nilai ID akan relatif konstan untuk penambahan nilai VDS.
16
DG (+)S
Region tipe n
D (+)G (+)S
substrat tipe p
Region tipe n
substrat tipe p
SilikonDioksida
- - - - - - - - - - - - - - - - - -
B(body)
B(body)
- - - - - - - - - - - - -
Karakteristik Fungsi Transfer VGS dan ID Enhancement MOSFET kanal n (Enhancement NMOS)
Mosfet memiliki : Enhancement MOSFET kanal n (Enhancement NMOS)
k = 20μA/V2 ; W/L = 1 ; VT = 2 V Asumsi : channel length modulasi diabaikan
sehingga nilai ID konstan pada saturasi
• Kondisi VGS > VT ; VDS = VGS-VT ; VDS ≥ 0 :
•
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
17
VGS (V)
50
100
150
200
250
300
1 2 43
ID (μA)
65
VT
• Kondisi VGS < VT :• ID ≈ 0
2)( TGSD VVL
WkI
Dimana :k = process parameter L = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang
kanal L
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Karakteristik Enhancement MOSFET kanal n (Enhancement NMOS)
Mosfet memiliki : Enhancement MOSFET kanal n (Enhancement NMOS) k = 20μA/V2 ; W/L = 1 ; VT = 2 V Asumsi : channel length modulasi diabaikan sehingga nilai ID
konstan pada saturasi
18
VDS (V)
VGS= 3,050
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6
3,5
4
4,5
5,0
5,5
VGS=6,0
Ohmic RegionID (μA) Saturation
VGS=2 V
2DSD V
L
WkI
22 DSDSTGSD VVVV
L
WkI
• Kondisi Non Saturasi :
• Kondisi Saturasi :
DSTGSD IVVL
WkI
2
Dimana :k = process parameter L = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang
kanal L
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Enhancement MOSFET Kanal N (Enhancement NMOS)
Dari bagan dan karakteristik volt ampere dapat diketahui bahwa : Lapisan inversi (kanal) pada VDS = 0 hanya akan muncul jika VGS > VT. Pada VGS <
VT lapisan inversi tersebut tidak akan tersedia dan ID = 0, sehingga VT adalah serupa dengan tegangan pinch off pada JFET. Kondisi ID =0 karena VGS < VT adalah kondisi cut off dari MOSFET.
Pada kondisi non saturasi (ohmic) maka : (VGS – VT > VDS) atau (VGD = VGS – VDS > VT)
Dimana :k = process parameter =
L = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang kanal Lμn = mobilitas elektron
Co = gate capacitance (kapasitansi gerbang) per unit area
19
22 DSDSTGSD VVVVL
WkI
2onC
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Enhancement MOSFET Kanal n (Enhancement NMOS)
Pada daerah saturasi : 0 < VGS – VT < VDS
ID cenderung konstan dan tidak bergantung pada nilai VDS, dan hanya bergantung pada tegangan pengendali (VGS – VT) atau :
Garis pembatas daerah ohmic dan saturasiterjadi pada VDS = VGS – VT dan besar
ID pada tegangan VDS ini adalah :
20
DSTGSD IVVL
WkI
2
2DSD V
L
WkI
VDS (V)
VGS= 3,050
100
150
200
250
300
1 2 3 4 5 6
3,5
4
4,5
5,0
5,5
VGS=6,0
Ohmic RegionID (μA)
Saturation
VGS=2 V
2DSD V
L
WkI
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Karakteristik Enhancement MOSFET kanal P (Enhancement PMOS)
Dari kurva karakteristik dapat dilihat bahwa PMOS serupa dengan NMOS dengan polaritas VDS dan IDS yang terbalik, dan pembawa muatan dalam PMOS adalah hole.
21
VT
-10
ID (mA)
VGS (V)
-20
-30
-40
-4 -8 -12 -16 -20
-50
• Kondisi VGS < VT ; VDS = VGS-VT ; VDS ≤ 0 :
•
• Kondisi VGS > VT :• ID ≈ 0
2)( TGSD VVL
WkI
Dimana :k = process parameter L = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang
kanal L
Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)
Karakteristik Enhancement MOSFET kanal P (Enhancement PMOS)
Dari kurva karakteristik dapat dilihat bahwa PMOS serupa dengan NMOS dengan polaritas VDS dan IDS yang terbalik, dan pembawa muatan dalam PMOS adalah hole.
22
VGS= -6
-10 -10
-18
VGS=-20
Ohmic Region
ID (mA)
VGS=-4 V
-20
-30
-40
-10 -20 -30 -40VDS (V)
-16
-14
-12
-8
Saturation
22 DSDSTGSD VVVVL
WkI
• Kondisi Non Saturasi :
• Kondisi Saturasi :
DSTGSD IVVL
WkI
2
Dimana :k = process parameter L = Panjang kanalW = Lebar kanal dengan panjang
kanal L